[发明专利]一种基于FPGA的声发射检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及材料检测领域，尤其涉及一种基于FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)的声发射检测系统。

背景技术

飞机在服役过程中受外界环境(如气温、湿度、紫外线辐射、酸雨等)的作用，以及其表面处理和涂层缺陷、多余物堵塞排水孔等都可能引起局部腐蚀。产生的腐蚀还会影响材料的组织结构性能，产生疲劳裂纹。飞机的机身铝蒙皮铆接以及进气道等部位常发生腐蚀；而裂纹通常由腐蚀造成，并在使用载荷作用下产生疲劳扩展，因此飞机的机翼大梁、发动机和起落架等部位常发生裂纹。因此在第一时间发现各类缺陷并对缺陷进行检测和危害程度评估，对于保障飞机的安全飞行具有十分重要的意义。声发射检测是一种重要的无损检测技术，它利用耦合在材料表面上的压电陶瓷探头，将材料内声发射源所产生的弹性波转变为电信号，然后对电信号进行放大和处理，使之特性化，并显示和记录，从而获得材料内声发射源的特性参数，通过分析即可获得材料内部的缺陷情况。

目前，大多数的声发射测试仪器都是有线的，这对于布线较为困难的声发射实时检测领域，有明显的缺陷。

发明内容

本发明的实施例提供一种基于FPGA的声发射检测系统，可以无线传输，且高精度地对航空航天设备进行在线检测，维护以及延长飞机的服役寿命。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种基于FPGA的声发射检测系统，包括：上位机和下位机；所述下位机，用于存储采集到的数据并将所述采集到的数据通过无线方式发送给所述上位机；所述上位机用于接收并存储所述采集到的数据，并对所述采集到的数据进行分析处理；

其中，所述下位机包括：传感器模块、增益调节放大电路模块、ADC模数转换电路模块、FPGA控制模块、数据存储模块、无线传输模块；

所述传感器模块，包括频带在50-400kHz的单端谐振声发射传感器；用于检测被探测物体的声发射信号，并将所述声发射信号转化为电信号，发送给所述增益调节放大电路模块；

所述增益调节放大电路模块，包括前置放大电路和调制电路，所述前置放大电路用于放大所述电信号；所述调制电路用于对前置放大后的电信号的幅度进行调制，保证输出信号Vout的范围在0～5V；其中，所述前置放大电路包括单端输入的，带通频率范围为100～300KHz的前置放大器以及与其并联的电容C1，所述前置放大器有20dB、40dB和60dB三种信号放大率，所述前置放大器的信号与电源共用，前置放大器的供电要求为+28V，所述电容C1将经过所述前置放大器放大的信号中的直流滤除；所述调制电路中的放大器为ADA4898；

所述ADC模数转换电路模块，包括4个AD9240芯片，采样精度为14bit，采样速率为2.5MSps；用于对进行幅度调制后的电信号进行采样后，输出二进制数字信号；其中，所述AD9240的7脚为控制模块发送的时钟信号，进行幅度调制后的电信号接入AD9240的41脚VINA作为输入信号，AD9240的SENSE引脚接地，VREF输出2.5V的标准电压；OTR引脚为信号幅值检测端，当AD9240输入信号幅值超出输入范围时将输出高电平1；BIT1-BIT13为模数转换后输出的二进制信号；

所述FPGA控制模块，用于控制4块AD9240芯片同时进行采样，在采样值大于设定门限时触发声发射检测事件，将采样后的数据存储在所述数据存储模块中，并在一次声发射检测事件结束后控制所述无线传输模块将采样后的数据全部传送给所述上位机；其中，所述FPGA控制模块包括EP4CE6F17C8芯片，所述EP4CE6F17C8芯片的引脚与所述4个AD9240芯片的数据输出接口直连；其中，每个AD9240芯片包括以下16路数据输出接口：14路数据线输出接口、一路时钟信号输出接口以及一路OTR溢出检测输出接口；

所述数据存储模块，包括SDRAM，其型号为HY57V2562GTR，容量为256Mit、16bit总线，工作频率133MHz；用于存储所述FPGA控制模块采集到的数据以及存储FPGA运行时的程序；

所述无线传输模块，包括10/100M以太网接口芯片DM9000，采用48引脚的LQFP封装，内置16KB SRAM，总线宽度16bit，用于将所述FPGA控制模块采集到的数据发送给所述上位机。